EL ACERO Y CEMENTO

Los alumnos de la Universidad Nacional de Ingeniería, de la Facultad de Ingeniería Civil, hicimos una vista a la Universidad la Cantuta, visita en la que vimos las obras que realiza la facultad de ingenireria civil , por un convenio existente. En esta vista se nos fue asignada a cada alumno que realice un informe minucioso de un material de construcción.



Los cementos pertenecen a la clase de materiales denominados aglomerados hidráulicos. Esta dominación comprende aquellos aglomerados que se endurecen una vez mezclados con el agua y al mismo tiempo resisten a esta. El cemento portlan, cemento aluminoso, los cementos metalúrgicos, son típicos representantes de esta clase, mientras, por el contrario, no lo es por ejemplo el yeso de estuco, el cual aunque no se endurezcan con el agua, no resisten a una acción prolongada de este liquido, siendo soluble en ella. Por el contrario, la cal viva endurecida es resistente al agua, pero dado que su endurecimiento es debido, no a la absorción de agua, sino del anhídrido carbónico, no pertenece al grupo de aglomerantes hidráulicos.

EL. CEMENTO

El cemento es un producto artificial que se obtiene de la transformación de una materia prima, que puede estar compuesta de una mezcla de calizas, arcillas y otros minerales, o simplemente de calizas. Esta materia prima finamente molida y homogenizada, es llevada a altas temperaturas a través de un horno ( rotativo o vertical ) , de donde se obtiene un producto intermedio denominado clinker,del cual, al molerse finamente con alrededor de 5%en peso de yeso, se obtiene el cemento.

Los elementos minerales principales que debe contener la materia prima son: el calcio, el aluminio y el hierro. Ellos se encuentran en forma de óxidos y tienen que estar relacionados entre
si en proporciones preestablecidas, con el objeto de dar determinadas características al clinker que de ellos se obtiene.

MATERIAS PRIMAS PARA LA FABRICACION DEL CEMENTO

Para fabricar cemento, existen recursos minerales de origen natural ( rocas y arcillas ) y productos secundarios de la industria ( escorias, cenizas, lodos). Los componentes pueden ser:

Componentes calcáreos

En los materiales de partida se tienen un componente rico en cal con otro pobre de cal, pero que contiene alúmina, y óxidos de hierro. Entre los componentes calcáreos tenemos:

La Caliza: Que viene hacer el carbonato cálcico CaCO3 que abunda en la naturaleza.

La Creta: Es una roca sedimentaria. En oposicion a la caliza la creta posee una estructura suelta, terrea; esta propiedad califaca a la creta de modo especial para la fabricacion de de cemento por la via humeda.

La Marga: Son calizas que van acompañadas de silice y productos arcillosos, asi como de oxidos de hierrro. Las mrgas forman el paso de transicion de las las arcillas. Debido a su abundancia, las margas se utilizan con mucha frecuencia como materia prima para la fabricacion de cemento porque contienen el material calcareo y arsilloso en estado homogenizado. Las margas son producto de sedimentacion geologica. Según que prevalezcan los compuestos calcareos o los arcillosos, se denomina marga calcárea o marga arcillosa.

Componentes Arcillosos: El AlO3 conocido como alúmina se encuentra en la naturaleza como componente de las arcillas, en su forma mas pura la arcilla se encuentra como caolinita. La caolinita es el constituyente principal del caolín, producto de la disgregación de las rocas ( feldespatos principalmente ) , atacados por los agentes atmosféricos bajo determinadas condiciones geologicas.

Componentes correctores: Se añaden en los casos en que las materias primas disponibles no contienen la cantidad suficiente uno de los quimicamente necesarios en el crudo.

Los principales materiales correctores son : diatomeas, bauxita, cenizas volcánicas, cenizas de pirita, mineral de hierro, polvo de tragante de alto horno, arena.

Componentes adicionales:

• oxido de magnesio
• álcalis : K2O, Na2O
• asufre
• cloruros
• floruros

PROCESO DE FABRICACION

La fabricacion del cemento es un proceso tecnológico complejo que requiere gran cantidad de energía y comprende las siguientes operaciones:

1. Extracción en la la cantera y transporte de las materias primas: caliza y arcillas hacia la fabrica. Se trituran primero por separado en una chancadora de martillo.

2. Preparación de la mezcla cruda: Consiste en un secado previo, luego en una molienda fina en molinos de bolas. Despues, se llevan en las cantidades previamente calculadas en un silo con un dispositivo de mezclado en el que se consigue una mezcla intima y homogenea. Las materias primas en la mezcla están en la relación de 3/1, el 75%de caliza y el 25% arcilla.En esta operacion se introducen aditivos que corrigen la composición química, afin de regular la temperatura de sinterizacion de la mezcla y la cristalización de los minerales del clinker, estos aditivos son el SiO2, trípoli, escorea,de pirita, etc.

3. Cocción de la mezcla o calcinación hasta la sinterizacion: Se realiza generalmente en hornos rotatorios (proceso seco). En los hornos rotatorios existen zonas de temperaturas en función del carácter de los procesos que transcurren según el principio de contracorriente frente a al materia prima. Examinemos este proceso:

• Zona de calentamiento: Desde el silo, la mezcla llega a un deposito a un deposito, desde donde se alimenta continuamente al horno rotatorio. Previamente transcurre el secado de la materia prima que ingresa con aumento paulatino de temperatura en una cámara de tostacion, a partir de 70, 200, hasta llegar a los 700C, este calentamiento es en contracorriente con los gases procedentes del hornos, con lo que el polvo se transforma en granos. En esta zona se queman las impurezas organicas que que acompañan a la mezcla, Asi mismo se separael agua cristalo-quimico de los minerales arcillosos (450-500C) y se forma el anhidrido caolinico y otros compuestos semejantes.
• Zona de calcinacion: La temperatura del material del materiala a cocer aumenta de 700 a 1100C en el horno rotatorio donde, debido a al ligera inclinacion van avazando lentamente en direccion a la llama del quemador, a esta temperatura culmina la disociacion del carbonato de calcio y magnesio y aparece una cantidad considerable de CaO libre, esta disociacion es un proceso endotermico que transcurre con gran consumo de calor. En esta misma zona tiene lugar la descomposicion de los minerales arcillosos deshidratados, en los oxidos SiO2, Al2O3, Fe2O3, los cuales entran en reaccion quimica con el CaO. Como resultado de estas reacciones se forman los minerales de aluminato tri calcico
• Zona de reacciones exotermicas: ( 1100-1250C ). Tiene lugar las reacciones en fase solida donde se forman 3CaO.Al2O3, 4CaO.Al2O3.Fe2O3 y la belita 2CaO.SiO2. estas reacciones son con gran despredimiento de calor .
• Zona de sinterizacion: ( 1300-1400-1300C ). La temperatura del material sometido a al cochura alcanza al maximo valor de 1450C necesarios para la fusion parcial del material y la formacion del mineralñ principal del clinker, la alita ( silicato tricalcico ) 3CaO.SiO2

Al inicio de la sinterizacion a 1300C, se forma una masa fundida de minerales ( a temperatura relativa baja de fusion ) , asi como el MgO e impurezas fusibles. Al aumentar la temperatura hasta 1450C, en el liquido del clinker se disuelven 2CaO.SiO2 y el CaO y en base aestos componentes en la masa fundida tiene lugarla formacion de la alita 3CaO.SiO2, que transcurre casi hasta la total fijacion del CaO ( el clinker contiene no mas de 0.5-1% de CaO libre ).

La reduccion de la temperatura de 1450 a 1300C provoca la cristalizacion de 4CaO.Al2O3.Fe2O3 y MgO ( periclasa ) que se encuentra en la masa fundida.

• Zona de enfriamiento: La temperatura del clinker desciende de 1300 a 1000C aqui se forma por completo su estructura y composicion del clinker en el cual figura la estructura la alita C3S, la belita C2S, C4AF y MgO y otros componentes secundarios. El clinker de cemento verde oscuro o gris en forma de granos petreos sale del horno y se enfria de 1000 a 100C y se referigera en un segundo tambor rotatorio. Acto seguido se guarda durante 1-2 semanas en almacen.
• Molienda: La molienda del clinker se realiza en molinos tubulares ( de bolas ) rotatorios hasta obtener un finisimo polvo de color gris oscuro o verdoso. Antes de la molienda fina se le adiciona entre 2 a 3% de yeso para aumentar el poder de aglutinacion, y retadar el fraguado. En esta etapa se incluyen los aditivos segun el analisis y usos requeridos.

El cemento asi obtenodo se almacena en silos hasta su enfriamiento e hiodratacion de los restos de CaO libre, que transcurre bajo la accion del aire. De los silos de cemento se envian a maquinas que la pesan y envasan en bolsas de 42.5 Kg.

Almacenamiento del cemento

El cemento es una sustancia particularmente sensible a la acción del agua y de la humedad, por lo tanto para salvaguardar sus propiedades, se deben tener algunas precauciones muy importantes, entre otras: Inmediatamente después de que el cemento se reciba en el área de las obras si es cemento a granel, deberá almacenarse en depósitos secos, diseñados a prueba de agua, adecuadamente ventilados y con instalaciones apropiadas para evitar la absorción de humedad.
Si es cemento en sacos, deberá almacenarse sobre parrillas de madera o piso de tablas; no se apilará en hileras superpuestas de más de 14 sacos de altura para almacenamiento de 30 días, ni de más de 7 sacos de altura para almacenamientos hasta de 2 meses. Para evitar que el cemento envejezca indebidamente, después de llegar al área de las obras, el contratista deberá utilizarlo en la misma secuencia cronológica de su llegada. No se utilizará bolsa alguna de cemento que tenga más de dos meses de almacenamiento en el área de las obras, salvo que nuevos ensayos demuestren que está en condiciones satisfactorias.



Finalmente agradezco a todos los profesores y coordinadores que hicieron posiblemente que se pueda realizar dicha visita, ya que ha permitido a mis compañeros y a mí que podamos conocer más acerca de nuestra carrera y en especial conocer a uno de los elementos más importantes en toda construcción, el cemento, que finalmente es igual de importante quue el acero y qu e sin estos no se prodria realizar ninguna construccion moderna.